Propagación de vibraciones en un medio. Ondas longitudinales y transversales. Resumen de la lección "Propagación de oscilaciones en un medio. Ondas. Características de las ondas"

Presentamos a su atención una lección en video sobre el tema "Propagación de vibraciones en un medio elástico. Ondas longitudinales y transversales. En esta lección, estudiaremos temas relacionados con la propagación de vibraciones en un medio elástico. Aprenderás qué es una onda, cómo aparece, cómo se caracteriza. Estudiemos las propiedades y diferencias entre ondas longitudinales y transversales.

Pasamos al estudio de cuestiones relacionadas con las ondas. Hablemos de qué es una ola, cómo aparece y por qué se caracteriza. Resulta que además de solo un proceso oscilatorio en una estrecha región del espacio, también es posible propagar estas oscilaciones en un medio, y es precisamente esa propagación lo que es movimiento ondulatorio.

Pasemos a una discusión de esta distribución. Para discutir la posibilidad de la existencia de oscilaciones en un medio, debemos definir qué es un medio denso. Un medio denso es un medio formado por un número grande partículas cuya interacción es muy cercana a la elástica. Imagina el siguiente experimento mental.

Arroz. 1. Experimento mental

Coloquemos una esfera en un medio elástico. La bola se encogerá, disminuirá de tamaño y luego se expandirá como un latido del corazón. ¿Qué se observará en este caso? En este caso, las partículas que están adyacentes a esta bola repetirán su movimiento, es decir alejarse, acercarse, por lo que oscilarán. Dado que estas partículas interactúan con otras partículas más distantes de la pelota, también oscilarán, pero con cierto retraso. Las partículas que están cerca de esta bola, oscilan. Serán transmitidos a otras partículas, más distantes. Por lo tanto, la oscilación se propagará en todas las direcciones. Tenga en cuenta que en este caso, el estado de oscilación se propagará. Esta propagación del estado de oscilaciones es lo que llamamos onda. Se puede decir que el proceso de propagación de vibraciones en un medio elástico a lo largo del tiempo se denomina onda mecánica.

Tenga en cuenta: cuando hablamos sobre el proceso de ocurrencia de tales oscilaciones, debemos decir que son posibles solo si hay una interacción entre las partículas. En otras palabras, una onda solo puede existir cuando hay una fuerza perturbadora externa y fuerzas que se oponen a la acción de la fuerza perturbadora. En este caso, se trata de fuerzas elásticas. El proceso de propagación en este caso estará relacionado con la densidad y fuerza de interacción entre las partículas de este medio.

Notemos una cosa más. La ola no lleva materia.. Después de todo, las partículas oscilan cerca de la posición de equilibrio. Pero al mismo tiempo, la onda transporta energía. Este hecho puede ilustrarse con las olas de un tsunami. La materia no es transportada por la ola, pero la ola transporta tal energía que trae grandes desastres.

Hablemos de los tipos de ondas. Hay dos tipos: ondas longitudinales y transversales. Qué ondas longitudinales? Estas ondas pueden existir en todos los medios. Y el ejemplo con una bola pulsante dentro de un medio denso es solo un ejemplo de la formación de una onda longitudinal. Tal onda es una propagación en el espacio a lo largo del tiempo. Esta alternancia de compactación y rarefacción es una onda longitudinal. Repito una vez más que tal onda puede existir en todos los medios: líquido, sólido, gaseoso. Una onda longitudinal es una onda, durante cuya propagación las partículas del medio oscilan a lo largo de la dirección de propagación de la onda.

Arroz. 2. Onda longitudinal

En cuanto a la onda transversal, onda transversal sólo puede existir en los sólidos y en la superficie de un líquido. Una onda se llama onda transversal, durante cuya propagación las partículas del medio oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

Arroz. 3. Onda de corte

La velocidad de propagación de las ondas longitudinales y transversales es diferente, pero este es el tema de las próximas lecciones.

Lista de literatura adicional:

¿Conoces el concepto de onda? // cuántica. - 1985. - Nº 6. - S. 32-33. Física: Mecánica. Grado 10: Proc. para el estudio en profundidad de la física / M.M. Balashov, A. I. Gomonova, AB Dolitsky y otros; ed. G. Ya. Myakishev. - M.: Avutarda, 2002. Libro de texto elemental de física. ed. G. S. Landsberg. T. 3. - M., 1974.

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El proceso de propagación de vibraciones en un medio elástico se denomina sonido.

El proceso de propagación de las oscilaciones en el espacio se denomina onda. El límite que separa las partículas oscilantes de las partículas que aún no han comenzado a oscilar se denomina frente de agua. La propagación de una onda en un medio se caracteriza por una velocidad denominada velocidad de una onda ultrasónica. La distancia entre las partículas más cercanas que oscilan de la misma manera (en la misma fase) se llama longitud de onda. Número de ondas que pasan Punto dado en 1 s se llama la frecuencia del ultrasonido.

El proceso de propagación de oscilaciones en un medio elástico se denomina movimiento ondulatorio u onda elástica.

El proceso de propagación de oscilaciones en el espacio a lo largo del tiempo se denomina onda. Las ondas que se propagan debido a las propiedades elásticas del medio se denominan elásticas. Las ondas elásticas son transversales y longitudinales.

El proceso de propagación de vibraciones en un medio elástico se denomina onda. Si la dirección de oscilación coincide con la dirección de propagación de la onda, dicha onda se denomina longitudinal, por ejemplo, una onda de sonido en el aire. Si la dirección de oscilación es perpendicular a la dirección de propagación de la onda, dicha onda se denomina transversal.

El proceso de propagación de las oscilaciones en el espacio se denomina proceso ondulatorio.

El proceso de propagación de las oscilaciones en el espacio se denomina onda.

El proceso de propagación de vibraciones en un medio elástico se denomina onda. Si la dirección de oscilación coincide con la dirección de propagación de la onda, dicha onda se denomina longitudinal, por ejemplo, una onda de sonido en el aire. Si la dirección de oscilación es perpendicular a la dirección de propagación de la onda, dicha onda se denomina transversal.

El proceso de propagación de oscilaciones de partículas en un medio elástico se denomina proceso ondulatorio o simplemente onda.

Los procesos de propagación de fluctuaciones de partículas de líquido o gas en una tubería se complican por la influencia de sus paredes. Las reflexiones oblicuas a lo largo de las paredes de la tubería crean condiciones para la formación de oscilaciones radiales. Habiéndonos propuesto la tarea de estudiar las vibraciones axiales de partículas líquidas o gaseosas en tuberías estrechas, debemos tener en cuenta una serie de condiciones bajo las cuales se pueden despreciar las vibraciones radiales.

Una onda es el proceso de propagación de oscilaciones en un medio. Cada partícula del medio oscila alrededor de la posición de equilibrio.

Una onda es el proceso de propagación de vibraciones.

El proceso de propagación de oscilaciones en un medio elástico considerado por nosotros es un ejemplo de movimientos ondulatorios o, como se suele decir, ondas. Entonces, por ejemplo, resulta que las ondas electromagnéticas (ver § 3.1) pueden propagarse no solo en la materia, sino también en el vacío. Las llamadas ondas gravitatorias (ondas de gravedad) tienen la misma propiedad, con la ayuda de la cual se transmiten perturbaciones de los campos gravitatorios de los cuerpos, debido a un cambio en las masas de estos cuerpos o sus posiciones en el espacio. Por lo tanto, en física, las ondas son cualquier perturbación del estado de la materia o campo que se propaga en el espacio. Así, por ejemplo, las ondas sonoras en gases o líquidos son fluctuaciones de presión que se propagan en estos medios, y las ondas electromagnéticas son fluctuaciones en las intensidades E y H del campo electromagnético que se propaga en el espacio.

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Subtítulos de las diapositivas:

Tema de la lección: Propagación de vibraciones en medios elásticos. Olas

Un medio denso es un medio que consta de un gran número de partículas cuya interacción es muy cercana a la elástica.

El proceso de propagación de vibraciones en un medio elástico a lo largo del tiempo se denomina onda mecánica.

Condiciones para la aparición de una onda: 1. La presencia de un medio elástico 2. La presencia de una fuente de vibraciones - deformación del medio

Las ondas mecánicas solo pueden propagarse en algún medio (sustancia): en un gas, en un líquido, en un sólido. Una onda mecánica no puede surgir en el vacío.

Las ondas son generadas por cuerpos oscilantes que crean una deformación del medio en el espacio circundante.

ONDAS longitudinales transversales

Longitudinal: ondas en las que se producen oscilaciones a lo largo de la dirección de propagación. Ocurren en cualquier medio (líquidos, gases, cuerpos sólidos).

Transversal: en el que las oscilaciones ocurren perpendicularmente a la dirección del movimiento de la onda. Ocurre solo en sólidos.

Las ondas en la superficie de un líquido no son ni longitudinales ni transversales. Si lanzas una pequeña pelota sobre la superficie del agua, puedes ver que se mueve, balanceándose sobre las olas, a lo largo de una trayectoria circular.

Energía de las olas Una onda viajera es una onda en la que se transfiere energía sin transferencia de materia.

Olas de tsunami. La materia no es transportada por la ola, pero la ola transporta tal energía que trae grandes desastres.

Sobre el tema: desarrollos metodológicos, presentaciones y notas

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Sea el cuerpo oscilante en un medio, del cual todas las partículas están interconectadas. Las partículas del medio en contacto con él comenzarán a oscilar, como resultado de lo cual se producen deformaciones periódicas (por ejemplo, compresión y tensión) en las áreas del medio adyacentes a este cuerpo. Durante las deformaciones, aparecen fuerzas elásticas en el medio, que tienden a devolver las partículas del medio a su estado original de equilibrio.

Así, las deformaciones periódicas que han aparecido en algún lugar del medio elástico se propagarán a cierta velocidad, dependiendo de las propiedades del medio. En este caso, las partículas del medio no son involucradas por la onda en movimiento de traslación, sino que realizan movimientos oscilatorios alrededor de sus posiciones de equilibrio, solo se transmite deformación elástica de una parte del medio a otra.

El proceso de propagación del movimiento oscilatorio en un medio se denomina proceso de onda o simplemente onda. A veces esta onda se llama elástica porque es causada por las propiedades elásticas del medio.

Según la dirección de las oscilaciones de las partículas en relación con la dirección de propagación de las ondas, se distinguen ondas longitudinales y transversales.Demostración interactiva de ondas transversales y longitudinales.

Onda longitudinal – es una onda en la que las partículas del medio oscilan a lo largo de la dirección de propagación de la onda.

La onda longitudinal se puede observar en un resorte largo y suave. diametro largo. Al golpear uno de los extremos del resorte, se puede notar cómo las condensaciones sucesivas y el enrarecimiento de sus espiras se extenderán a lo largo del resorte, corriendo uno tras otro. En la figura, los puntos muestran la posición de las espiras del resorte en reposo, y luego las posiciones de las espiras del resorte a intervalos sucesivos iguales a un cuarto del período.

onda transversal - Esta es una onda en la que las partículas del medio oscilan en direcciones perpendiculares a la dirección de propagación de la onda.

Consideremos con más detalle el proceso de formación de ondas transversales. Tomemos como modelo de una cuerda real una cadena de bolas (puntos materiales) conectadas entre sí por fuerzas elásticas. La figura muestra el proceso de propagación de una onda transversal y muestra las posiciones de las bolas en intervalos de tiempo sucesivos iguales a un cuarto del período.

En el momento inicial del tiempo (t0 = 0) todos los puntos están en equilibrio. Entonces provocamos una perturbación al desviar el punto 1 de la posición de equilibrio en el valor A y el primer punto comienza a oscilar, el segundo punto, conectado elásticamente al primero, entra en movimiento oscilatorio un poco más tarde, el tercero, incluso más tarde, etc. . . Después de un cuarto de período de oscilación ( t 2 = T 4 ) extendido al 4° punto, el 1° punto tendrá tiempo de desviarse de su posición de equilibrio en una distancia máxima igual a la amplitud de las oscilaciones A. Después de medio período, el 1° punto, moviéndose hacia abajo, volverá a la posición de equilibrio, el 4° se desvió de la posición de equilibrio una distancia igual a la amplitud de las oscilaciones A, la onda se propagó hasta el 7° punto, etc.

Para el momento t5 = T El primer punto, habiendo realizado una oscilación completa, pasa por la posición de equilibrio y el movimiento oscilatorio se extenderá hasta el punto 13. Todos los puntos del 1 al 13 están ubicados de modo que formen una onda completa que consta de huecos y peine.

Demostración de la propagación de ondas de corte

El tipo de onda depende del tipo de deformación del medio. Ondas longitudinales debido a la deformación por compresión - tensión, ondas transversales - deformación por cortante. Por lo tanto, en gases y líquidos, en los que las fuerzas elásticas surgen solo durante la compresión, la propagación de ondas transversales es imposible. En los sólidos, las fuerzas elásticas surgen tanto durante la compresión (tracción) como durante el corte, por lo tanto, en ellos es posible la propagación de ondas tanto longitudinales como transversales.

Como muestran las figuras, tanto en las ondas transversales como en las longitudinales, cada punto del medio oscila alrededor de su posición de equilibrio y se desplaza de ella no más de una amplitud, y el estado de deformación del medio se transfiere de un punto del medio a otro. otro. Una diferencia importante entre las ondas elásticas en un medio y cualquier otro movimiento ordenado de sus partículas es que la propagación de las ondas no está asociada con la transferencia de materia en el medio.

olas son cualquier perturbación del estado de la materia o del campo, que se propaga en el espacio a lo largo del tiempo.

Mecánico llamadas ondas que surgen en medios elásticos, es decir en medios en los que surgen fuerzas que impiden:

1) deformaciones de tracción (compresión);

2) deformaciones por cortante.

En el primer caso, hay onda longitudinal, en el que las oscilaciones de las partículas del medio se producen en el sentido de propagación de las oscilaciones. Las ondas longitudinales pueden propagarse en cuerpos sólidos, líquidos y gaseosos, porque están asociados a la aparición de fuerzas elásticas al cambiar volumen.

En el segundo caso, existe en el espacio onda transversal, en el que las partículas del medio oscilan en direcciones perpendiculares a la dirección de propagación de las vibraciones. Las ondas transversales solo pueden propagarse en sólidos, porque asociado con la aparición de fuerzas elásticas al cambiar formularios cuerpo.

Si un cuerpo oscila en un medio elástico, entonces actúa sobre las partículas del medio adyacentes y hace que realicen oscilaciones forzadas. El medio próximo al cuerpo oscilante se deforma y en él surgen fuerzas elásticas que actúan sobre las partículas del medio que se encuentran cada vez más alejadas del cuerpo, sacándolas de la posición de equilibrio. Todo con el tiempo gran cantidad partículas del medio están involucradas en el movimiento oscilatorio.

Los fenómenos ondulatorios mecánicos son de gran importancia para La vida cotidiana. Por ejemplo, debido a las ondas de sonido debido a la elasticidad. medioambiente podemos escuchar Estas ondas en gases o líquidos son fluctuaciones de presión que se propagan en un medio determinado. Como ejemplos de ondas mecánicas, también se pueden citar: 1) ondas en la superficie del agua, donde la conexión de secciones adyacentes de la superficie del agua no se debe a la elasticidad, sino a las fuerzas de gravedad y tensión superficial; 2) ondas expansivas de explosiones de proyectiles; 3) ondas sísmicas - fluctuaciones en la corteza terrestre propagándose del terremoto.

La diferencia entre las ondas elásticas y cualquier otro movimiento ordenado de las partículas del medio es que la propagación de las oscilaciones no está asociada con el traslado de la sustancia del medio de un lugar a otro a lo largo de largas distancias.

El lugar geométrico de los puntos en los que las oscilaciones alcanzan un cierto punto en el tiempo se llama parte delantera olas. El frente de onda es la superficie que separa la parte del espacio ya implicada en el proceso ondulatorio de la zona en la que aún no se han producido oscilaciones.

El lugar geométrico de los puntos que oscilan en la misma fase se llama superficie de onda. La superficie de la onda se puede dibujar a través de cualquier punto en el espacio cubierto por el proceso de la onda. En consecuencia, hay un número infinito de superficies de onda, mientras que solo hay un frente de onda en cualquier momento del tiempo, se mueve todo el tiempo. La forma del frente puede ser diferente según la forma y las dimensiones de la fuente de oscilación y las propiedades del medio.

En el caso de un medio homogéneo e isotrópico, las ondas esféricas se propagan desde una fuente puntual, es decir, el frente de onda en este caso es una esfera. Si la fuente de oscilaciones es un plano, entonces, cerca de él, cualquier sección del frente de onda difiere poco de una parte del plano, por lo tanto, las ondas con tal frente se denominan ondas planas.

Supongamos que durante el tiempo alguna sección del frente de onda se ha movido a . Valor

se denomina velocidad de propagación del frente de onda o velocidad de fase olas en este lugar.

Una línea cuya tangente en cada punto coincide con la dirección de la onda en ese punto, es decir con la dirección de la transferencia de energía se llama haz. En un medio isótropo homogéneo, el haz es una línea recta perpendicular al frente de onda.

Las oscilaciones de la fuente pueden ser armónicas o no armónicas. En consecuencia, las ondas corren desde la fuente monocromo y no monocromático. Una onda no monocromática (que contiene oscilaciones de diferentes frecuencias) se puede descomponer en ondas monocromáticas (cada una de las cuales contiene oscilaciones de la misma frecuencia). Una onda monocromática (sinusoidal) es una abstracción: tal onda debe extenderse infinitamente en el espacio y el tiempo.